串口通信协议

1、1串口Universal串口是计算机上一种非常通用设备通信的协议（不要与通用串行总线Universal2串行通信的传输方向单工单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输。半双工半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行。全双工是指数据可以同时进行双向传输。全双工全双工全双工是指数据可以同时进行双向传输。全双工3重要参数串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。对于两个进行通行的端口，这些参数必须匹配。波特率这是一个衡量通信速度的参数。它表示每秒钟传送的bit的个数。例如300波特表示每秒钟发送300个bit。当我们提到时钟周期时，我们就是指波特率例如如果协议需要480

2、0波特率，那么时钟是4800Hz。这意味着串口通信在数据线上的采样率为4800Hz。通常电话线的波特率为14400，28800和36600。波特率可以远远大于这些值，但是波特率和距离成反比。高波特率常常用于放置的很近的仪器间的通信，典型的例子就是GPIB设备的通信。常用的波特率有,1200，2400,4800,9600,19200,38400,115200等。数据位这是衡量通信中实际数据位的参数。当计算机发送一个信息包，实际的数据不会是8位的，标准的值是5、7和8位。如何设置取决于你想传送的信息。比如，标准的ASCII码是0127（7位）。扩展的ASCII码是0255（8位）。如果数据使用简单

3、的文本（标准ASCII码），那么每个数据包使用7位数据。每个包是指一个字节，包括开始/停止位，数据位和奇偶校验位。由于实际数据位取决于通信协议的选取，术语“包”指任何通信的情况。停止位用于表示单个包的最后一位。典型的值为1，1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。奇偶校验位了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。4RS-232/422/485标准在串口通信中一种简单的检错方式

4、。有四种检错方式：偶、奇、高和低。当然没有校验位也是可以的。对于偶和奇校验的情况，串口会设置校验位（数据位后面的一位），用一个值确保传输的数据有偶个或者奇个逻辑高位。例如，如果数据是011，那么对于偶校验，校验位为0，保证逻辑高的位数是偶数个。如果是奇校验，校验位位1了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。4RS-232/422/485标准RS-232、RS-422与RS-485最初都是由电子工业协会（EIA）制订并发布的。RS-232在1962年发布，命名为EIA-232-E,作为工业标准，以保证不同厂家产品之间的兼容。RS-422是由RS-232发展而来，它是为弥补RS-232之不足而提出

5、的。为改进RS-232通信距离短、速率低的缺点，RS-422定义了一种平衡通信接口，将传输速率提高到10Mbps，传输距离延长到4000英尺（速率低于100kbps时），并允许在一条平衡总线上连接最多10个接收器。RS-422是一种单机发送、多机接收的单向、平衡传输规范，被命名为TIA/EIA-422-A标准。为扩展应用范围，EIA又于1983年在RS-422基础上制定了RS-485标准，增加了多点、双向通信能力，即允许多个发送器连接到同一条总线上，同时增加了发送器的驱动能力和冲突保护特性，扩展了总线共模范围，后命名为TIA/EIA-485-A标准。由于EIA提出的建议标准都是以“RS”作为前

6、缀，所以在通讯工业领域，仍然习惯将上述标准以RS作前缀称谓。RS-232、RS-422与RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议，在此基础上用户可以建立自己的高层通信协议。但由于PC上的串行数据通讯是通过UART芯片（较老版本的PC采用I8250芯片或Z8530芯片）来处理的，其通讯协议也规定了串行数据单元的格式（8-N-1格式）：1位逻辑0的起始位，6/7/8位数据位，1位可选择的奇（ODD）/（禺（EVEN）校验位，1/2位逻辑1的停止位。基于PC的RS-232、RS-422与RS-485标准均采用同样的通讯协议。4.1RS-232标准RS-232被定义为一种

7、在低速率、近距离串行通讯的单端标准。RS-232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。RS-232的电气标准：电平为逻辑“0”时：+3V+15V；电平为逻辑“1”时：-3V-15V；未定义区：3V+3V。在此区域内的信号处理将由通讯接口的RS-232收发器决定。.2RS-485标准电子工业协会（EIA）于1983年制订并发布RS-485标准，并经通讯工业协会（TIA）修订后命名为TIA/EIA-485-A,习惯地称之为RS-485标准。RS-485标准是为弥补RS-232通信距离短、速率低等缺点而产生的。RS-485标准只规定了平衡发送器和接收器的电特性，而没有规定接插件、传输电缆和应用层通信协

8、议。RS-485标准与RS-232不一样，数据信号采用差分传输方式（DifferentialDriverMode）,也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A,另一线定义为B,如图所示。的T27鬲常发送器示意图通常情况下，发送发送器A、B之间的正电平在+2+6V,是一个逻辑状态；负电平在-2-6V,是另一个逻辑状态。另有一个信号地C。在RS-485器件中，一般还有一个使能控制信号。使能信号用于控制发送发送器与传输线的切断与连接，当使能端起作用时，发送发送器处于高阻状态，称作第三态，它是有别于逻辑1与0的第三种状态。对于接收发送器，也作出与发送发送器相对的规定，收、发端通过平衡双绞线将

9、A-A与B-B对应相连。当在接收端A-B之间有大于+200mV的电平时，输出为正逻辑电平；小于-200mV时，输出为负逻辑电平。在接收发送器的接收平衡线上，电平范围通常任OOmV至6V之间。参见下图所示。接收器示意图定义逻辑1（正逻辑电平）为BA的状态，逻辑0（负逻辑电平）为AB的状态，A、B之间的压差不小于200mV。接线方式RS232通讯连接方式示意图5.2RS485通讯连接方式示意图25.2RS485通讯连接方式示意图2台连接方式：多台连接组成主从网络：多台连接组成主从网络：主设A备主设A备B1A从设B备!a从设B备AA从设B备6通信方式演示.1RS232通信演示通过串口助手实现演示全双

10、工串口设置6.2RS485通信演示通过485助手和地址表软件模拟演示半双工串口设置地址表从机地址ModBus上层协议RS485通讯协议RS-485标准只对接口的电气特性做出规定，而不涉及接插件、电缆或协议；因此，用户需要在RS-485应用网络的基础上建立自己的应用层通信协议。很多具有RS-485接口电路的用户设备采用自己制定的简单通讯协议，或是直接取自ModBus协议（AscII/RTU模式）中的一部分功能；ModBus通讯协议Modbus协议已经成为一种通用工业标准。Modbus在串行链路上的协议帧格式如下所示：ModbusADU地址域（8bit）功能码（8bit）数据域（n*8bit）CR

11、C域（16bit）MModbusPDUModbus协议帧格式PDU：Modbus的一个简单协议数据单元；ADU：Modbus在总线或者网络上的应用数据单元。Modbus协议使用主从通信技术，采用查询-回应形式实现通信，主机可对各从机寻址，发出广播信息，从机返回信息作为对查询的响应，具体过程如下所示：Modbus查询-回应形式通信当通信或者操作出错的时候，从机同样会给主机回应异常帧，其格式和正常响应的数据格式相似，只是回应时的功能码和数据响应区域变成Modbus定义的异常功能码和异常码。Modbus协议支持两种数据传输模式：ASCII格式和RTU格式，控制器主要采用RTU模式实现数据传输。在RT

12、U传输模式下Modbus信息帧格式如下所示：RTU传输模式下Modbus信息帧格式起始位设备地址功能码数据CRC结束符三3.5字符8bit8bitN*8bit16bit三3.5字符CRC区域为循环冗余错误校验区，采用CRC-16校验，传输时先是CRC低字节，然后是CRC高字节；在RTU模式下每个字节传输是从最低位到最高位（即LSB-MSB）连续传输。地址表参照普乐特标准地址表来描述地址表含义。命令字普乐特地址表主要涉及到协议中的03和06命令帧。03查询帧查询帧主要用来查询读取一个或者连续多个指定寄存器的值。举例如下：查询帧：010300000002c40b01从机（从站）地址03功能码00起

13、始寄存器高位00起始寄存器低位00寄存器个数高位02寄存器个数低位C4CRC校验低位0bCRC校验高位该条查询指令意义：读取地址为1的从站数据，所查询数据从寄存器0000H开始，查询2个寄存器的值，也即查询地址为0000H和0001H两个寄存器的值。响应帧：01030400060005da3101从机（从站）地址03功能码04字节总个数00数值（0000H）高位06数值（0000H）低位00数值（0001H）高位05数值（0001H）低位daCRC校验低位31CRC校验高位该条查询指令意义：从站响应查询帧，一共返回4个字节的查询结果（地址表中一个寄存器2个字节，所以查询两个寄存器就会返回4个字节），其中0000H寄存器的值为0006H,0001H寄存器的值为0005H。06命令帧06命令帧主要用来写一个单个寄存器，也即给从站发送控制指令或者改变从站地址表的某些数值。主机命令字：110600010